一種基于燃料電池與風(fēng)能的分布式能源系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于燃料電池與風(fēng)能的分布式電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能作為應(yīng)對新世紀氣候變化和能源危機雙重挑戰(zhàn)的重要手段，是目前商業(yè)化程度最高的清潔能源之一，具有良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，明顯的經(jīng)濟性優(yōu)勢，而且不存在其他可再生能源的資源約束，也不會對環(huán)境造成大的影響。但風(fēng)能具有區(qū)域性、間歇性、利用小時數(shù)低等缺點，一旦并入電網(wǎng)，將給電網(wǎng)帶來穩(wěn)定性和安全性的沖擊。為了實現(xiàn)電網(wǎng)內(nèi)大規(guī)模間歇性清潔能源并網(wǎng)發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展和協(xié)調(diào)、安全、可靠、高效運行，大規(guī)模儲能技術(shù)是解決間歇性清潔能源并網(wǎng)發(fā)電所帶來一系列問題的有效途徑之一。氫能是一種清潔無污染能源載體，其中氫制備是應(yīng)用基礎(chǔ)，氫的安全存儲和運輸是應(yīng)用的關(guān)鍵，燃料電池是氫能應(yīng)用的主要途徑之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了實現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)與風(fēng)能系統(tǒng)的高效耦合，本發(fā)明提供了一種基于燃料電池與風(fēng)能的分布式電源系統(tǒng)。
[0004]—種基于燃料電池與風(fēng)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1和電解水系統(tǒng)3，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1包括葉片l-ι和電機，葉片l-ι通過芯軸與電機相連，電機連接至負載11，葉片1-1在風(fēng)力作用下高速旋轉(zhuǎn)，通過電機將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能；所述電解水系統(tǒng)3包括并列的N個電解槽3-1，所述N個電解槽3-1并聯(lián)連接至電機，且與負載11相并聯(lián)，N路補水管道2分別通入N個電解槽3-1內(nèi)，用于補充水源；電解槽3-1的陽極區(qū)通過第二壓縮機5與儲氧罐7連通，儲氧罐7通過壓力閥8連通至燃料電池10的陰極，為燃料電池10提供氧源；電解槽3-1的陰極區(qū)通過第一壓縮機4與儲氫罐6連通，儲氫罐6通過壓力閥8連通至燃料電池10的陽極，為燃料電池10提供氫源；燃料電池10連接至負載11，燃料電池10的熱水出口與熱水回路9連通，熱水回路9連通至電解槽3-1內(nèi)，將產(chǎn)生的熱水循環(huán)至電解槽 3-1 ;
[0005]所述燃料電池10的內(nèi)壁上設(shè)有換熱區(qū)，換熱區(qū)不與燃料電池10內(nèi)部的燃料電池堆相通，其內(nèi)部設(shè)置散熱片12以提高換熱效率；換熱區(qū)的一端連通至進風(fēng)管道，進風(fēng)管道與鼓風(fēng)機13相連，鼓風(fēng)機13將環(huán)境空氣通過進風(fēng)管道輸送至換熱區(qū)，對燃料電池10進行散熱，換熱區(qū)的另一端連接排風(fēng)管道，排風(fēng)管道連通至葉片加熱裝置14，所述葉片加熱裝置14的上側(cè)排列1至多排風(fēng)口 ；燃料電池10工作時，換熱出來的熱空氣流通至葉片加熱裝置14，從葉片加熱裝置14的風(fēng)口向上吹，替代電加熱裝置對葉片1-1進行加熱。
[0006]優(yōu)選地，為保證電解槽3-1的電解效率，對并聯(lián)的N個電解槽3-1的運行臺數(shù)實施控制，設(shè)定單臺電解槽3-1容量為Q，電機容量為P，則啟動的電解槽3-1的臺數(shù)為n ( P/Q，取整數(shù)。
[0007]優(yōu)選地，所述葉片加熱裝置14的上側(cè)距離葉片1-1外端的最小距離為0.5m。
[0008]風(fēng)資源充足時，在用電負荷高峰，通過風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1直接供電；在用電低谷，通過電解槽系統(tǒng)3將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為氫能進行儲存；風(fēng)資源匱乏時，儲氫罐6與儲氧罐7里的純氫和純氧供給燃料電池10進行發(fā)電和供電。
[0009]本發(fā)明的有益效果為:
[0010]本發(fā)明提供的一種基于燃料電池與風(fēng)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與燃料電池發(fā)電系統(tǒng)通過電解水系統(tǒng)有機結(jié)合在一起，以氫氧聯(lián)合循環(huán)為核心，充分利用了水電解制氫與氫氣燃燒循環(huán)使用性好、清潔無污染的特點，將系統(tǒng)與風(fēng)能進行耦合，合理布置總能系統(tǒng)，可有效解決風(fēng)力發(fā)電的隨機性和波動性等問題，減少風(fēng)電輸出功率波動性對大電網(wǎng)的影響，使大規(guī)模風(fēng)電能夠方便可靠的并入常規(guī)電網(wǎng)，實現(xiàn)風(fēng)電的“即插即用”；同時使額定風(fēng)速下，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的有效輸出功率，即輸出至負載的功率由96%提高至98%以上，具有顯著的社會經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明一種基于燃料電池與風(fēng)能的分布式電源系統(tǒng)；
[0012]標號說明:1_風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，1-1-葉片，2-補水管道，3-電解水系統(tǒng)，3-1-電解槽，4-第一壓縮機，5-第二壓縮機，6-儲氫罐，7-儲氧罐，8-壓力閥，9-熱水回路，10-燃料電池，11-負載，12-散熱片，13-鼓風(fēng)機，14-葉片加熱裝置。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0014]如圖1所示一種基于燃料電池與風(fēng)能的分布式電源系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1，電解水系統(tǒng)3和燃料電池10。所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1包括葉片1-1和電機，葉片1-1通過芯軸與電機相連，電機連接至負載11，葉片1-1在風(fēng)力作用下高速旋轉(zhuǎn)，通過電機將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。
[0015]所述電解水系統(tǒng)3包括并列的N個電解槽3-1，所述N個電解槽3_1并聯(lián)連接至電機，且與負載11相并聯(lián)。N路補水管道2分別通入N個電解槽3-1內(nèi)，用于補充水源。電解槽3-1的陽極區(qū)通過第二壓縮機5與儲氧罐7連通，儲氧罐7通過壓力閥8連通至燃料電池10的陰極，為燃料電池10提供氧源；電解槽3-1的陰極區(qū)通過第一壓縮機4與儲氫罐6連通，儲氫罐6通過壓力閥8連通至燃料電池10的陽極，為燃料電池10提供氫源；燃料電池10連接至負載11，燃料電池10的熱水出口與熱水回路9連通，熱水回路9通至電解槽3-1內(nèi)，將產(chǎn)生的熱水循環(huán)至電解槽3-1。
[0016]所述燃料電池10的內(nèi)壁上設(shè)有換熱區(qū)，換熱區(qū)不與燃料電池10內(nèi)部的燃料電池堆相通，其內(nèi)部設(shè)置散熱片12以提高換熱效率。換熱區(qū)的一端連通至進風(fēng)管道，進風(fēng)管道與鼓風(fēng)機13相連，鼓風(fēng)機13將環(huán)境空氣通過進風(fēng)管道輸送至換熱區(qū)，對燃料電池10進行散熱。換熱區(qū)的另一端連接排風(fēng)管道，排風(fēng)管道連通至葉片加熱裝置14，所述葉片加熱裝置14的上側(cè)開設(shè)1至多排風(fēng)口。在燃料電池10工作時，利用燃料電池10中換熱出來的熱空氣替代傳統(tǒng)的電加熱裝置對葉片1-1進行加熱，熱空氣從葉片加熱裝置14的風(fēng)口向上吹，對葉片1-1進行加熱，防止葉片1-1結(jié)冰。葉片加熱裝置14的上側(cè)距離葉片1-1外端的最小距離為0.5m，可以在充分保證加熱效果的同時，減少對葉片1-1氣動性能的擾動。
[0017]具體工作原理:風(fēng)資源充足時，若是用電負荷高峰，可通過風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1直接供電；若是用電低谷，可通過電解槽系統(tǒng)3將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為氫能進行儲存。為保證電解槽3-1的電解效率，對并聯(lián)的N個電解槽3-1的運行臺數(shù)實施控制，設(shè)定單臺電解槽3-1容量為Q，電機容量為P，則啟動的電解槽3-1的臺數(shù)為n ( P/Q，取整數(shù)。
[0018]風(fēng)資源匱乏時，儲氫罐6與儲氧罐7里的純氫和純氧供給燃料電池10進行發(fā)電。同時鼓風(fēng)機13將環(huán)境空氣吹入燃料電池10的換熱區(qū)，對燃料電池堆進行散熱，熱空氣通至葉片加熱裝置14對葉片1-1進行加熱，以防結(jié)冰。燃料電池10中產(chǎn)生的熱水循環(huán)至電解槽3-1內(nèi)，一方面補充了水源，另一方面提供了電解水所需的部分熱量。本系統(tǒng)可使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1在額定風(fēng)速下，有效輸出功率由96%提高到98%以上。
【主權(quán)項】
1.一種基于燃料電池與風(fēng)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(1)和電解水系統(tǒng)(3)，所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(1)包括葉片(1-1)和電機，葉片(1-1)通過芯軸與電機相連，電機連接至負載(11)，葉片(1-1)在風(fēng)力作用下高速旋轉(zhuǎn)，通過電機將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，其特征在于，所述電解水系統(tǒng)⑶包括并列的N個電解槽(3-1)，所述N個電解槽(3-1)并聯(lián)連接至電機，且與負載(11)相并聯(lián)；N路補水管道⑵分別通入N個電解槽(3-1)內(nèi)，用于補充水源；電解槽(3-1)的陽極區(qū)通過第二壓縮機(5)與儲氧罐(7)連通，儲氧罐(7)通過壓力閥(8)連通至燃料電池(10)的陰極，為燃料電池(10)提供氧源；電解槽(3-1)的陰極區(qū)通過第一壓縮機(4)與儲氫罐(6)連通，儲氫罐(6)通過壓力閥(8)連通至燃料電池(10)的陽極，為燃料電池(10)提供氫源；燃料電池(10)連接至負載(11)，燃料電池(10)的熱水出口與熱水回路(9)連通，熱水回路(9)連通至電解槽(3-1)內(nèi)，將產(chǎn)生的熱水循環(huán)至電解槽(3-1)； 所述燃料電池(10)的內(nèi)壁上設(shè)有換熱區(qū)，換熱區(qū)不與燃料電池(10)內(nèi)部的燃料電池堆相通，其內(nèi)部設(shè)置散熱片(12)以提高換熱效率；換熱區(qū)的一端連通至進風(fēng)管道，進風(fēng)管道與鼓風(fēng)機(13)相連，鼓風(fēng)機(13)將環(huán)境空氣通過進風(fēng)管道輸送至換熱區(qū)，對燃料電池(10)進行散熱，換熱區(qū)的另一端連接排風(fēng)管道，排風(fēng)管道連通至葉片加熱裝置(14)，所述葉片加熱裝置(14)的上側(cè)排列1至多排風(fēng)口 ；燃料電池(10)工作時，換熱出來的熱空氣流通至葉片加熱裝置(14)，從葉片加熱裝置(14)的風(fēng)口向上吹，替代電加熱裝置對葉片(1-1)進行加熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于燃料電池與風(fēng)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，為保證電解槽(3-1)的電解效率，對并聯(lián)的N個電解槽(3-1)的運行臺數(shù)實施控制，設(shè)定單臺電解槽(3-1)容量為Q，電機容量為P，則啟動的電解槽(3-1)的臺數(shù)為n ( P/Q，取整數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于燃料電池與風(fēng)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述葉片加熱裝置(14)的上側(cè)距離葉片(1-1)外端的最小距離為0.5m。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述一種基于燃料電池與風(fēng)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，風(fēng)資源充足時，在用電負荷高峰，通過風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(1)直接供電；在用電低谷，通過電解槽系統(tǒng)(3)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為氫能進行儲存；風(fēng)資源匱乏時，儲氫罐(6)與儲氧罐(7)里的純氫和純氧供給燃料電池(10)進行發(fā)電和供電。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于燃料電池與風(fēng)能的分布式電源系統(tǒng)。風(fēng)資源充足時，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的葉片在風(fēng)力作用下高速旋轉(zhuǎn)，通過電機將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，在用電高峰期直接供電；電機同時連接至N個并列的電解槽，在用電低谷將電能用于電解水，電解水產(chǎn)生的氫氣和氧氣經(jīng)壓縮后分別儲存；風(fēng)資源匱乏時，儲氫罐和儲氧罐為燃料電池提供氫氣和氧氣進行發(fā)電；燃料電池產(chǎn)生的熱水回流至電解槽內(nèi)，燃料電池內(nèi)換熱出來的熱空氣可在燃料電池工作時替代傳統(tǒng)的電加熱裝置對葉片進行加熱，防止葉片結(jié)冰。通過合理布置總能系統(tǒng)，使大規(guī)模風(fēng)電能夠方便可靠的并入常規(guī)電網(wǎng)，同時使額定風(fēng)速下，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的有效輸出功率由96％提高至98％以上，具有顯著的社會經(jīng)濟效益。
【IPC分類】H02J3/38
【公開號】CN105429173
【申請?zhí)枴緾N201510817771
【發(fā)明人】張乃強, 蔣東方, 高丹, 鄧博, 朱忠亮, 孫艷宇, 徐鴻, 胡三高
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月23日